Schwingfestigkeit SLM-generierter Werkstoffe

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr.-Ing. Brigitte Clausen, seit 6/2021; Professor Dr.-Ing. Reinhold Kienzler; Professor Dr.-Ing. Frank Vollertsen
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 275999847

Additive Fertigungsverfahren versprechen insbesondere für in Kleinserie gefertigte Bauteile eine immense Zeit- und Kostenersparnis gegenüber konventionellen Herstellungsverfahren. Im Verfahren des Selektiven Laserschmelzens (SLM) werden einkomponentige pulverförmige Metalle und Metalllegierungen schichtweise verarbeitet. Dabei gehört das Verfahren zur Klasse vollständig schmelzender additiver Fertigungsverfahren, bei denen das Pulver komplett umgeschmolzen wird, wobei eine schmelzmetallurgische Bindung der einzelnen Schichten entsteht. Ein offensichtliches Kriterium für die Qualität eines per SLM hergestellten Bauteils ist dessen Dichte im Vergleich zum Grundwerkstoff, damit einhergehend Porenfreiheit und Rissfreiheit. Des Weiteren sind die mechanischen Eigenschaften von Interesse. Insbesondere für die Eigenschaften bei schwingenden Belastungen existieren nur wenige systematische Untersuchungen. Die Vielzahl der Einflussgrößen im Prozess und deren Wechselwirkung miteinander erschweren dabei die a priori Abschätzungen hinsichtlich des Prozessfensters und der resultierenden Eigenschaften der Proben.Die bisherigen Untersuchungen während der ersten Förderphase an den Stählen 1.4404 und 1.2344 haben gezeigt, dass die Versagensursachen SLM-generierter Werkstoffe nach einer Verbesserung der Oberflächengüte nicht ausschließlich auf die vorhandene Restporosität reduziert werden können, sondern das Versagen auch in der Stahlmatrix selbst auftritt und somit eine hohe Schwingfestigkeit nicht ausschließlich an eine Vermeidung von Restporosität gekoppelt werden kann. Das Ziel des Vorhabens ist die Realisierung homogener mechanischer Eigenschaften SLM-generierter Bauteile höchster Schwingfestigkeit. Durch eine zuverlässige Erfassung transienter Temperaturfelder und der Schmelzbadausprägung sollen die Einflüsse und die Rückwirkung von Parameterverschiebungen im Prozess quantifiziert werden und als Grundlage für den Entwurf eines Regelungskonzepts genutzt werden. Über eine konstante Temperaturhistorie sollen homogene Probeneigenschaften mit maximierten Schwingfestigkeiten erzielt werden. Parallel hierzu sollen unterschiedliche Wärmebehandlungen an den gefertigten Proben durchgeführt werden, um für den austenitischen Stahl 1.4404 sowie dem Werkzeugstahl 1.2344 unerwünschte Eigenspannungen abzubauen. Darüber hinaus soll für den Werkzeugstahl 1.2344 ein an den Ausgangszustand angepasster Neuhärtungsprozess für homogene Gefügeeigenschaften entwickelt werden, um dessen Schwingfestigkeit weiter zu verbessern. Begleitend hierzu sollen die Schwingfestigkeiten der SLM-gefertigten Proben sowohl vor als auch nach der Wärmebehandlung durch den Einsatz unterschiedlicher Modellansätze modelliert werden, um eine Vorhersage der Schwingfestigkeiten zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortlich: Professor Dr.-Ing. Frank Jablonski
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch, bis 6/2021